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Hirnforschung

Warum Lernpausen das Gedächtnis fördern

Längere Zeitabstände zwischen Lernereignissen führen offenbar durch eine besserer „Verwurzelung“ zu beständigeren Erinnerungen. (Illustration: MPI für Neurobiologie / Kuhl)

Möglichst schnell viel Wissen abspeichern, heißt oft die Devise. Wer sich allerdings Informationen langfristig einprägen will, sollte dazu nicht ununterbrochen pauken, sondern Lernpausen einlegen. Welche neuronalen Mechanismen hinter diesem sogenannten Spacing-Effekt stecken, haben Forscher nun durch Untersuchungen an Mäusen beleuchtet. Bei längeren Zeitabständen zwischen den Lernwiederholungen greifen die Tiere demnach auf dieselben Nervenzellen zurück, anstatt neue zu aktivieren. Dies legt nahe, dass das erneute Training eines bereits genutzten Nervennetzwerks die Erinnerungen in ihm tiefer verwurzeln, erklären die Forscher.

Wie funktioniert Lernen und wie wird Wissen in unserem Gehirn verankert? Noch immer gibt es viele offene Fragen zu den komplexen Vorgängen in unserem Denkorgan. Prinzipiell gehen Hirnforscher aber davon aus, dass beim Lernen Nervenzellen aktiviert werden, wodurch sie neue Verbindungen mit anderen knüpfen. Dies führt dann zu der Abspeicherung der Informationen, die anschließend durch Aktivierung derselben Nervenzellgruppe wieder abgerufen werden können. Dass bei diesem Konzept Lernpausen eine Rolle spielen, wurde bereits vor über einem Jahrhundert beim Menschen beschrieben und mittlerweile bei vielen Tierarten ebenfalls nachgewiesen. Doch die neuronalen Hintergründe dieses Spacing-Effekts sind unklar geblieben. Diesem Forschungsthema haben sich nun die Wissenschaftler um Annet Glas vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried gewidmet.

Als Modelltier suchten sie sich dafür die Maus aus. Denn grundlegende neuronale Mechanismen und Hirnfunktionen sind bei uns und den kleinen Nagern bekanntermaßen meist ähnlich. Im Rahmen der Studie führten die Wissenschaften zunächst Lernexperimente in Labyrinth-Strukturen durch. Die Nager sollten sich in den komplexen Gangsystemen die Position eines versteckten Stücks Schokolade einprägen. Die Mäuse erhielten dazu mehrmals hintereinander die Möglichkeit, das Labyrinth zu erkunden und die Belohnung zu finden. Dabei gab es zwischen den Lern-Erkundungen manchmal keine Pausen und in anderen Fällen Unterbrechungen mit unterschiedlichen Längen.

Wenn Mäuse mit oder ohne Pause lernen

Wie die Wissenschaftler berichten, bestätigte sich bei den Versuchen zunächst die Wirkung des Spacing-Effekts: „Mäuse, die wir mit längeren Pausen zwischen den Lernphasen trainierten, konnten sich die Position der Schokolade zwar nicht so schnell einprägen“, berichtet Glas. „Doch am nächsten Tag war das Erinnerungsvermögen der Versuchstiere besser, wenn sie Pausen beim Lernen eingelegt hatten“. Das Optimum der Pausenlänge lag dabei bei 60 Minuten.

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Um nun Einblicke in die neuronalen Unterschiede zwischen dem Lernen mit und ohne Pausen zu gewinnen, erfassten die Wissenschaftler während der Labyrinth-Tests die Nervenzellaktivität im Gehirn der Tiere. Dazu kam die Technik des sogenannten In vivo Calcium Imaging zum Einsatz, die Nervenaktivitäten im Gehirn lebender Tiere detailliert aufzeigen kann. Die Forscher konzentrierten sich bei ihrer Untersuchung auf den präfrontalen Kortex, da diese Gehirnregion bekanntermaßen eine Rolle bei Lernvorgängen sowie anderen kognitiven Leistungen spielt.

Wie sie berichten, zeichnete sich in den Untersuchungsergebnissen der Nervenaktivität beim Lernen mit und ohne Pausen das Gegenteil von dem ab, was sie erwartet hatten: „Folgen drei Lernphasen kurz aufeinander, liegt eigentlich nahe, dass dieselben Nervenzellen aktiviert werden“, erklärt Senior-Autor Pieter Goltstein vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie. „Schließlich handelt es sich um das gleiche Experiment mit der gleichen Information. Nach einer langen Pause könnte man sich hingegen eher vorstellen, dass das Gehirn die anschließende Lernphase als neues Ereignis interpretiert und mit anderen Nervenzellen verarbeitet“, so Goltstein.

Tiefer verwurzelte Erinnerungen

Doch als die Forscher die Nervenzellaktivitäten in den unterschiedlichen Lernphasen verglichen, stellten sie genau das Gegenteil fest: Bei den kurzen Pausen schwankte das Aktivierungsmuster im Gehirn mehr als im Vergleich zu den langen Pausen. Mit anderen Worten: In den schnell aufeinanderfolgenden Lernphasen aktivierten die Mäuse meist unterschiedliche Nervenzellen. Nach längeren Pausen wurden dagegen die Nervenzellen der ersten Lernphase auch später wieder genutzt.

Wie die Wissenschaftler erklären, erscheint dieser Befund vor dem Hintergrund des Spacing-Effekts allerdings durchaus plausibel: Indem das Gehirn auf dieselben Nervenzellen zurückgreift, kann es möglicherweise die Verknüpfungen zwischen diesen in jeder Lernphase stärken. Es müssen somit keinen ganz neuen „Verdrahtungen“ geknüpft werden, so die Erklärung. „Wir glauben, dass dies der Grund ist, warum das Erinnerungsvermögen von langen Pausen profitiert“, sagt Goltstein.

Somit gibt die Studie nun nach über einem Jahrhundert tiefere Einblicke in die neuronalen Vorgänge, die dem nachweislich sinnvollen Ratschlag für effektives Lernen zugrunde liegen: Wenn du mit Unterbrechungen lernst, hast du deutlich länger etwas von deinem Wissen.

Quelle: Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Fachartikel: Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2021.06.085

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